UNICEUB CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BRASÍLIA FAET FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO

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1 UNICEUB CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BRASÍLIA FAET FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO PABX IP DE ALTA DISPONIBILIDADE

2 UNICEUB CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BRASÍLIA FAET FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO PABX IP DE ALTA DISPONIBILIDADE por Flávio de Castro Carneiro FAET UNICEUB Trabalho Final de Graduação Prof. Antonio José Gonçalves Pinto M.Sc. Orientador Brasília/DF, junho de

3 Agradecimentos Aos meus pais, Beatriz e Flávio Carneiro, pela compreensão, pelo apoio, e pela dedicação. Aos meus avós Maria Almerinda e João Luiz Saraiva de Castro pelo amor, pela amizade e pelos belos exemplos que, cotidianamente, me transmitiram. A minha irmã, Vivianna de Castro Carneiro, por sua amizade, paciência, pela descontração que sempre me proporcionou. A minha amada namorada, Flávia de Carvalho Ferreira Leite, pela sua paciência, pelo apoio nos momentos difíceis e, principalmente, pelo carinho e pela tranqüilidade que tanto me ajudam no meu dia-a-dia. Ao meu professor-orientador, António José Gonçalves Pinto, pelo conhecimento técnico transmitido, pela paciência e, principalmente, por sua orientação precisa, me direcionando sempre para o caminho correto. A toda minha família, incluindo primos, tios e avós, pela convivência familiar, balizada pela união, pelo respeito e pela paz. Aos meus amigos que me acompanharam na jornada acadêmica, em todos os momentos de alegria e tristeza, mas, acima de tudo, irmanados e confiantes. 3

4 Resumo A Rede Mundial de Computadores surgiu sobre a telefonia e, sobre aquela, essa se desenvolve, minimizando os custos e multiplicando as possibilidades do seu emprego. Este trabalho visa aumentar a confiabilidade de um sistema de telefonia IP, focando no gerenciador de chamada (callmanager) ou Central Automatica de Comunicação Interna e Externa (PABX, Private Automatic Branch exchange) de alta disponibilidade. O projeto consiste na implementação de um ambiente de voz sobre protocolo de Internet (VoIP) com 2 callmanager em cluster, ativo-passivo, para aumentar a disponibilidade do ambiente. Este projeto aborda as seguintes atividades: Implementação de uma rede VoIP utilizando o Protocolo de Inicialização de Sessão (SIP), a implementação de 2 callmanager em Cluster e testes de falhas nos callmanagers. O ambiente desenvolvido neste projeto possui uma maior disponibilidade e um baixo custo se comparado com as outras soluções de PABX IP. Palavras Chave: Disponibilidade de um ambiente VoIP. 4

5 Abstract The World-wide Net of Computers appeared of the net of telephony and the net of telephony Voice over Internet Protocol (VoIP) if it develops on the computer network, minimizing the costs and multiplying the possibilities. This work has as objective to increase the trustworthiness of a system of telephony IP, implementing the call manager in high availability. The project implements of a VoIP environment with 2 to call manager in to increase high availability to increase the trustworthiness of the environment. This project approaches the following activities: Implementation of a VoIP environment using the protocol Session Initiation Protocol (SIP), Implementation of 2 to call manager in high availability and tests of imperfections in call managers. Key Words: Availability of a VoIP environment. 5

6 Sumário AGRADECIMENTOS... 3 RESUMO... 4 ABSTRACT... 5 SUMÁRIO... 6 LISTA DE FIGURAS LISTAS DE TABELAS LISTA DE SÍMBOLOS... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO MOTIVAÇÃO OBJETIVOS E BENEFÍCIOS DO TRABALHO ABRANGÊNCIA ESTRUTURA DO TRABALHO...16 CAPÍTULO 2 - TELEFONIA IP HISTÓRICO DA TELEFONIA O QUE É VoIP? CODIFICAÇÃO E TRANSPORTE DA VOZ PROCESSO DE CODIFICAÇÃO AMBIENTE PARA VoIP CONSUMO DE BANDA COMPRESSÃO DE CABEÇALHO DOS PACOTES SUSPENSSÃO DO SILÊNCIO ATRASO JITTER TAXA DE PERDAS E ERROS

7 QUALIDADE DE SERVIÇO (QOS) PROTOCOLOS CODECS TCP/IP SERVIÇOS OFERECIDOS INTEGRAÇÃO FACILIDADE DE IMPLEMENTAÇÃO INFRA-ESTRUTURA ÚNICA DESVIO DE TARIFAS MOBILIDADE DO FUNCIONÁRIO GERENCIAMENTO FLEXÍVEL SEGURANÇA DIFICULDADE DE IMPLANTAR UM AMBIENTE VOIP CRESCIMENTO DA REDE VOIP NO BRASIL...30 CAPÍTULO 3 - PROTOCOLOS MGPC (MEDIA GATEWAY PROTOCOL CONTROL) IAX (INTER- ASTERISK EXCHANGE PROTOCOL) H ARQUITETURA DA REDE H SIP ARQUITETURA DA REDE SIP MENSAGENS SIP PEDIDOS SIP RESPOSTAS SIP ESTABELECENDO UMA CHAMADA NEGOCIAÇÃO DO CODEC FINALIZANDO UMA CHAMADA REJEITANDO UMA CHAMADA SDP

8 VISÃO GERAL DO RTP E O RTCP RTP RTCP ENTIDADES SIP REGISTRAR PROXY SERVIDOR DE REDIRECIONAMENTO COMPARAÇÃO ENTRE O SIP E H.323 (SIP X H.323)...46 CAPÍTULO 4 - ASTERISK ASTERISK QUAL É O PAPEL DA DIGIUM? PORQUE O ASTERISK? REDUÇÃO DE CUSTOS TER CONTROLE DO SEU SISTEMA DE TELEFONIA AMBIENTE DE DESENVOLVIMENTO FÁCIL E RÁPIDO RICO E ABRANGENTE EM RECURSOS É POSSÍVEL PROVER CONTEÚDO DINÂMICO PLANO DE DISCAGEM FLEXÍVEL E PODEROSO RODA NO LINUX E É DE CÓDIGO ABERTO LIMITAÇÕES DE ACESSO NO BRASIL LIMITAÇÕES DA ARQUITETURA DO ASTERISK CENÁRIO DE USO DO ASTERISK VISÃO GERAL VAMOS CONCEITUAR DE FORMA MAIS DETALHADA: O CORREIO DE VOZ SISTEMA DE MENSAGENS UNIFICADAS DISTRIBUIDOR AUTOMÁTICO DE CHAMADAS SERVIDOR DE MÚSICAS EM ESPERA DISCADOR AUTOMÁTICO

9 SALA DE CONFERÊNCIAS PABX- SOFTSWITCH NO MODELO CONVENCIONAL Arquitetura do Asterisk CANAIS CODECS END CONVERSÕES DE CODEC PROTOCOLOS APLICAÇÕES INSTALANDO O SISTEMA OPERACIONAL E O ASTERISK HARDWARE MÍNIMO INSTALAÇÃO DO SUSE OBTENDO, COMPILANDO, INSTALANDO E CONFIGURANDO O ASTERISK BAIXANDO O ASTERISK COMPILANDO ARQUIVOS DE INICIALIZAÇÃO DO ASTERISK CONFIGURANDO O ASTERISK COMO SERVIDOR SIP CONFIGURANDO O PLANO DE DISCAGEM NO ASTERIS CONFIGURAÇÕES ADICIONAIS INICIANDO O ASTERISK...60 CAPÍTULO 5 - CLUSTER DE ALTA-DISPONIBILIDADE PRINCÍPIOS BÁSICOS DOS CLUSTERS TIPOS DE CLUSTERS ALTA-DISPONIBILIDADE CONCEITO FALHA ERRO DEFEITO FAILOVER FAILBACK MISSÃO

10 MONITORAÇÃO DOS NODOS IMPLEMENTAÇÃO TOPOLOGIA HEARTBEAT INSTALANDO BAIXANDO OS PACOTES ARQUIVOS DE CONFIGURAÇÃO ha.cf HARESOURCE AUTHKEYS INICIALIZANDO E TESTANDO O HEARTBEAT...71 CAPÍTULO 6 - CONCLUSÃO PROJETOS SEQUENCIAIS BIBLIOGRÁFIA ANEXO ANEXO ANEXO ANEXO ANEXO

11 Lista de Figuras Figura John Hall Figura Topologia VoIP e PSTN Figura Interligação da rede VoIP com a rede PSTN Figura Codificação VoIP Figura Analógico Digital (Teorema de Nyquist) Figura Codificação da voz sinal amostrado Figura Codificação de sinal amostrado para sinal digital Figura Quantização Figura 2-8 A Figura mostra a introdução de jitter em uma transmissão de voz Figura Camadas de protocolos da arquitetura Internet TCP/IP Figura Arquitetura dos protocolos Figura SIP Figura Pacote RTP Figura Troca de mensagens SIP com Registrar Figura Registro do cliente e o encaminhamento da mensagem Figura Encaminhamento de mensagem entre o cliente e o Proxy Figura 4-1 Serviços agregados ao Asterisk Figura 4-2 Arquitetura do Asterisk Figura 4-3 Registro no Asterisk Figura 4-4 Registro do telefone Figura Operação do Heartbeat Figura Topologia da Solução implementada Figura Configuração de rede : Nó Figura Configuração da rede : Nó

12 Listas de Tabelas Tabela 2-1 Faixas regulamentadas para Transmissão de sinais Tabela Categorias de códigos de status Tabela Exemplo de uso dos campos SDP Tabela 3-3 Tabela de comparação da satisfação com os protocolos Tabela Pacotes Adicionais Tabela Classificação de sistemas quanto à sua disponibilidade Tabela Pacotes Utilizados Tabela 5-3- Opções de configuração do ha.cf Tabela Arquivo Haresource

13 LISTA DE ACRÔNIMOS Asterisk - Software de PABX GNU CallManager - Servidor de Gerência de Chamadas CRC - Cyclic Redundance Check CRLF - Carriage Return, Line Feed CSRC - Contributing Source CVS - Sistema de Controle de Versões DHCP - Dynamic Host Configuration Protocol DS - Differentiated Services FEC - Forward Error Correction GPL - General Public License HTTP - Hypertext Transfer Protocol IETF - Internet Engineering Task Force IIS - Internet Integrated Services IP - Internet Protocol Ipv4 - Internet Protocol 4 ITU-T International Telecom Union LAN - Local Area Network MGCP - Media Gateway Control Protocol MMUSIC - Multiparty Multimedia Session Control NTP - Network Time Protocol PABX - Central Automatica de Comunicação Interna e Externa PCM - Pulse Code Modulation PSTN - Public Switched Telephony Network QoS - Quality of Service 13

14 RFC - Request For Comments RSVP - Resource Reservation Protocol RTP - Real-Time Transport Protocol SDP - Session Description Protocol SIP - Session Initiation Protocol SS7 - Signaling System 7 SSRC - Synchronization Source TCP - Transmission Control Protocol ToS - Type of Sevice UDP - User Datagram Protocol VoIP - Voz sobre IP WEB - World Wide Web 14

15 Capítulo 1 - Introdução 1.1. MOTIVAÇÃO As afirmações de John Hall, presidente da Open-Source Linux International, listadas a seguir constituíram o cerne da motivação desse trabalho: "Eu acredito que nos próximos três anos, VoIP usando soluções Open Source, como o Asterisk, irão gerar mais negócios que todo o mercado Linux de hoje." Hoje as soluções PABX são incrivelmente caras, fechadas e proprietárias. O Asterisk é aproximadamente um décimo do preço de um PABX proprietário."[jon Hal, 2004] 1 Figura John Hall A tecnologia de telefonia Internet protocols Protocolo de Internet (IP) tem despertado o interesse de várias empresas devido à redução de custo, segurança, mobilidade, aplicações avançadas, escalabilidade e outras facilidades. Porém, a sua rápida adoção tem encontrado obstáculos devido aos problemas associados à falta de confiança na disponibilidade do serviço. Existem vários estudos para melhoria da qualidade da voz, mas quase não há pesquisas na área de disponibilidade do sistema. Para muitas empresas, a parada parcial ou total do sistema de telefonia gera prejuízos e até mesmo a parada da empresa OBJETIVOS E BENEFÍCIOS DO TRABALHO Este trabalho visa atender a uma necessidade do mercado. Com o crescente interesse na tecnologia VoIP, cresce, também, a necessidade de aumentar a qualidade e a disponibilidade do serviço, o que demanda um grande investimento. Esse trabalho aborda a implementação de um ambiente VoIP de baixo custo que oferece um aumento na disponibilidade do serviço ABRANGÊNCIA Para o desenvolvimento do projeto será implementado uma rede VoIP utilizando o protocolo de Inicialização de Sessão (SIP). A rede será constituída de dois callmanagers utilizando o sistema Asterisk em alta disponibilidade. O Asterisk é um software livre que roda em uma plataforma Linux, neste caso, o Suse 9.2. O protocolo utilizado é o SIP. As redes VoIP utilizam protocolos de controle de sinalização que tem por função negociar o início e o fim de uma transmissão, a codificação de áudio, a localização dos usuários, o redirecionamento de mensagens, entre outras sinalizações, que possibilitam a transmissão de voz sobre IP. 1 JON Hall 06/04/2004 DZNet Inglaterra 15

16 Para esta função será utilizado o Protocolo de Inicialização de Sessão (Session Initiation Protocol SIP) que está definido na Request For Comments (RFC) 3261 do grupo de trabalho Multiparty Multimedia Session Control (MMUSIC) do Internet Engineering Task Force (IETF). Os Callmanagers são servidores responsáveis por receberem e encaminharem os pedidos. Eles podem ou não mudar os parâmetros da mensagem antes de passar adiante e também podem decidir mandar uma resposta ao cliente gerada através de funções implementadas no servidor. Para solucionar o problema de disponibilidade foi utilizado um cluster entre os dois servidores Linux ESTRUTURA DO TRABALHO Este trabalho está divido em forma de capítulos descritos a seguir: O primeiro capítulo expõe uma justificativa da origem deste trabalho, os seus objetivos, como também, uma síntese do que será tratado no desenvolvimento. No segundo, explana a Telefonia IP, suas funcionalidades, bem como a sua aplicação no contexto das redes de computadores. O terceiro capítulo apresenta os conceitos, padrões e procedimentos utilizados pelo protocolo SIP de Telefonia IP. No quarto, apresenta a especificação, as funcionalidades e configurações feitas para o desenvolvimento do servidor de Callmanager, utilizando o Asterisk. O quinto capítulo aborda a implementação, configuração e o monitoramento do anbiente de alta disponibilidade. No sexto, será feita uma análisa dos resultados obtidos durante a implementação do ambiente. 16

17 Capítulo 2 - Telefonia IP 2.1. HISTÓRICO DA TELEFONIA Os serviços telefônicos estão evoluindo constantemente. Nos anos 50, a introdução de cabos transatlânticos possibilitou as ligações internacionais nos anos 60, as centrais e transmissões digitais melhoraram o sinal de áudio os serviços de chamadas em espera e de discagem por tons foram viabilizados na década de 70, pelas centrais programáveis o sistema de sinalização em canal comum como o Signaling System 7 (SS7) possibilitou serviços com números Os anos 90 foram marcando definitivamente a trajetória de transmissão e sinalização telefônica analógica e uma infra-estrutura baseada em redes de pacotes. [FERNANDES, 2003] 2 As redes telefônicas Public Switched Telephony Network (PSTN) constituem a maioria das redes telefônicas, tendo poucas alterações em relação aos equipamentos de trasmissão. Sua principal característica é estabelecer um circuito entre dois assinantes para que possa haver comunicação. [ALENCAR, 1998] 3 As redes de computadores são redes baseadas em pacotes e tem tido um grande avanço em relação aos equipamentos de transmissão de dados, possibilitando usar esta mesma rede para transferência de voz. Com isto, houve um crescente número de aplicações voltadas para a transferência de voz sobre os protocolos de redes, chamadas Voz sobre IP (VoIP). [ALENCAR, 1998] 4 Segundo Hersent, A tecnologia de VoIP é a área que mais cresce no setor de telecomunicações superando a taxa de crescimento de telefonia móvel. A tecnologia atrás da telefonia IP pode parecer trivial, no entanto ela é muito mais complexa do que a transmissão unidirecional usada na transmissão de TV ou de rádio nas redes de computadores, pois a taxa de transferência entre o locutor e o ouvinte deve permanecer constante e baixa. [HERSENT, 2002] O QUE É VoIP? VoIP é a sigla de Voz sobre IP (Voice over IP). É um termo utilizado para caracterizar o serviço que consiste em transmitir informação de voz através do Protocolo IP (Internet Protocol) - TCP ou UDP. De uma forma geral, significa enviar informação de voz em formato digital dentro de pacotes de dados, ao invés do tradicional protocolo de comutação de circuitos utilizado há décadas pelas companhias telefônicas. A maior vantagem da tecnologia VoIP é a redução dos custos de utilização dos serviços de telefonia comum, principalmente em ambientes corporativos. As redes de 2 FERNANDES, Nelson Luiz Leal.Voz sobre Ip 3 ALENCAR, Marcelo Sampaio de. Telefonia digital. 4 ALENCAR, Marcelo Sampaio de. Telefonia digital. 5 HERSENT, Oliver. Telefonia IP. 17

18 dados já instaladas passam também a transmitir voz e, dessa forma, os custos podem ser reduzidos independente do dia da semana, da hora e duração da chamada. Diversas empresas já estão oferecendo Voz sobre IP corporativo. Companhias com filiais em qualquer parte do mundo já estão falando entre si com o custo zero ou quase isso. Esses benefícios não se restringem ao segmento empresarial. A cada dia, aumenta o número de usuários domésticos a descobrir as vantagens de se utilizar VoIP para a redução de custos em chamadas. Figura Topologia VoIP e PSTN. Na figura 2-1, temos uma topologia de implementação de uma rede VoIP em paralelo de uma rede de telefonia convencional. As chamadas de longa distância são redirecionadas para a rede IP, com isso não há bilhetagem nessas ligações. Serviços como ligações para telefones fixos e móveis da rede pública, FAX e até para vigilância remota podem ser implementados através de um gateway de rede como o Asterisk, esse serviço também pode ser contratado junto aos provedores VoIP. Figura Interligação da rede VoIP com a rede PSTN 18

19 2.3. CODIFICAÇÃO E TRANSPORTE DA VOZ A técnica de codificação Pulse Code Modulation (PCM), modulação por codificação de pulsos, que consiste em 8000 amostragens do sinal de voz contínuo por segundo, representa um valor amostrado de 8 bits, o que, para a transmissão de cada canal de voz, implica na necessidade de um canal digital de 64 kbps. Este tipo de codificação possui baixo atraso e pequena complexidade, mas requer uma taxa de transmissão elevada. [FERNANDES, 2003] 6 A conversação humana é uma forma de onda com freqüências principais na faixa que vai de 300 Hz a 3.4 khz, com alguns padrões de repetição devido ao timbre de voz e aos fonemas emitidos durante a conversação. O problema da telefonia em geral é reproduzir a qualidade da voz humana em um terminal à distância. [SOUZA, 2001] 7 Com a telefonia digital, a voz é codificada em formato digital, que pode ser multiplexado no tempo, de forma a compartilhar o meio de transmissão. Esse fluxo de bits é encapsulado em datagramas UDP que são encapsulados em pacotes IP como mostra a figura abaixo. 8 Figura Codificação VoIP. [ALVES, 2002] Para os modelos de codificação de voz, foram desenvolvidas novas técnicas de codificação. Estas técnicas fazem a segmentação de sinal analógico em intervalos periódicos. Segundo Alves, não é suficiente pegar amostras do sinal digital e colocá-los no pacote que será enviado a rede. Para que seja possível transmitir um pacote de voz numa rede de dados, deve-se levar em conta os seguintes fatores: [ALVES, 2002] 9 a) A construção do pacote não é feita em tempo nulo. No caso de amostras de 8 khz, é necessário esperar um tempo até que se tenha uma quantidade suficiente para colocar em um pacote de dados. Neste caso, está se introduzindo um atraso na comunicação que é proporcional ao tamanho do pacote. 6 FERNANDES, Nelson Luiz Leal.Voz sobre Ip 7 SOUZA, José Marcio de. Protótipo de um sitema de VoIP(Voz sobre IP). 8 ALVES,Victor Manuel Golçalves.Apresentação e análise da Ip Telephony, 9 ALVES,Victor Manuel Golçalves.Apresentação e análise da Ip Telephony, 19

20 b) Nos equipamentos de pacotes numa rede IP (routers), existem filas de espera. Se um pacote de voz, sensível às variações de atraso, for colocado numa fila desses equipamentos atrás de um número variável de pacotes que não têm esses requisitos, podem ocorrer variações no atraso (jitter), resultando na distorção do sinal c) O valor mais comum de normas de digitalização de voz é de 64 kbps. A unidade básica para uma largura de banda de parte dos routers é de 64 kbps, com isso, os pacotes de voz podem saturar estas ligações, sem contar os bits dos cabeçalhos dos pacotes de voz introduzidos pela pilha de protocolos d) A norma Modulação por Código de Pulso (PCM) de 64kbps é de utilização constante, mesmo quando há pausa na conversação enquanto que redes de dados são concebidas para tratar tráfego com características de rajada. Se o tráfego de silêncio não for enviado, caracterizando o modo rajada, pode trazer desconforto ao receptor, ficando uma sensação de que a chamada foi interrompida e) O protocolo TCP/IP é um protocolo orientado à conexão, que caracteriza o reenvio de pacotes perdidos, o que em uma conversação em tempo real não pode acontecer, pois redunda em perdas no diálogo. Contudo, existem mecanismos que tentam ultrapassar essas questões: I) redução dos tamanhos dos pacotes IP II) uso de diferentes prioridades e pacotes com diferentes requisitos III) o recurso de compressão, para que o sinal tenha um débito menor que os 64Kbps, pois os pacotes de voz ficam com características mais apropriadas para serem transportados IV) introduzir, no lado do receptor, ruídos para atenuar o efeito de perda do som quando há pausas no diálogo V) utilizar protocolos mais adequados para transmissão de voz como o Real-Time Transport Protocol (RTP), que é semelhante ao TCP, mas não tem reenvio de pacotes PROCESSO DE CODIFICAÇÃO Segundo Oliver, a conversão analógica digital é o processo de representar um sinal por um conjunto finito de números a uma taxa de amostragem constante. Em outras palavras, consiste em garantir um sinal analógico a uma taxa constante. [OLIVER, 2002] OLIVER, Sérgio, Telefonia IP para ambientes móveis usáveis 20

21 Figura Analógico Digital (Teorema de Nyquist) O fator taxa de amostragem pode causar um grande impacto na relação qualidade e taxa de transmissão por segundo. Se aumentarmos a taxa de amostragem, melhoramos a qualidade de representação do sinal, porém será necessária uma maior largura de banda para transmisão em tempo real. Por outro lado, se diminuir a taxa de amostragem, a qualidade do sinal diminui, diminuindo também, a quantidade de banda necessária para transmissão em tempo real. As figuras seguintes ilustram o principio da amostragem : Figura Codificação da voz sinal amostrado 21

22 Figura Codificação de sinal amostrado para sinal digital Como o sinal analógico é continuo no tempo e em nível, contém uma infinidade de valores e, como o meio de comunicação tem banda limitada, obriga a transmissão de apenas uma certa quantidade de amostras deste sinal, como enunciado no Teorema de Nyquist. Figura Quantização É obvio, que quanto maior for a freqüência de amostragem, mais fácil será reproduzir o sinal original, mas haverá desperdício de banda ocupada sem nenhuma melhoria sensivel na qualidade da voz. Tipos Largura de banda de transmissão Freqüência de amostragem Taxa de bits em Kbits/s Fala telefônica Hz 8 khz 96 ou 104 Transmissão de voz e áudio em banda larga Transmissão de voz e áudio de alta qualidade Principais aplicações Redes PSTN e ISDN, telefones celulares digitais. Vídeo e áudioconferência, Hz 16 khz 224 ou 240 rádio FM Hz 32 khz 512 Som digital para TVs analógicas (NICAM) Hz 44.1 khz 706 Áudio CD Player Hz 48 khz 1152 Áudio profissional Tabela 2-1 Faixas regulamentadas para Transmissão de sinais. 22

23 2.3.2.AMBIENTE PARA VoIP Para que se possa oferecer o mínimo de qualidade na telefonia IP, tem que se atentar para alguns fatores de transmissão de voz CONSUMO DE BANDA Para cada codificação, há uma largura de banda. Esse fator deve ser bem analisado quando se faz a escala de codificação que será utilizada, uma vez que vários canais de voz compartilham o mesmo canal digital (a rede). As técnicas mais usadas para minimizar o requisito de banda são a compressão de cabeçalhos dos pacotes IP e a supressão de silêncio. [FERNANDES, 2003] COMPRESSÃO DE CABEÇALHO DOS PACOTES As soluções de VoIP utilizam o Real-Time Transport Protocol (RTP) e o User Datagram Protocol (UDP). Para um pacote de voz, somente o cabeçalho ocupa 40 bytes. Uma transmissão utilizando a implementação de codificação de voz G.729 com um pacote formado por dois quadros de amostragem tem 20 bytes de informação transmitida. Com isso, fica evidente o despropósito na distribuição de bytes de controle. Utilizando a técnica descrita na Request for Commenst 2508 (RFC), a maioria dos cabeçalhos terão seus tamanhos de 2 ou 4 bytes, dependendo do uso ou não do checksum pelo UDP. Sabendo que, pós a transmissão do primeiro pacote descomprimido, outros pacotes subseqüentes poderão ser transmitidos suprindo seus cabeçalhos, sendo remontados no destino SUSPRENSSÃO DO SILÊNCIO Durante uma ligação VoIP há vários períodos de tempo onde não há conversa. Ao utilizar o codec de VoIP, há uma supressão desses períodos de tempo. Essa redução pode chegar a 25% da transmissão total ATRASO Atraso é o tempo entre o envio e a chegada do pacote em seu destino. Esse atraso não pode ultrapassar os valores aceitáveis para esse tipo de transmissão, podendo comprometer à qualidade da voz. Para que se tenha uma transmissão com pequenos atrasos, deve-se levar em consideração a disponibilização de recursos em que a aplicação está inserida. A interatividade entre usuários da aplicação deve ser considerada ao avaliar uma transmissão. 11 FERNANDES, Nelson Luiz Leal.Voz sobre Ip. 23

24 O tempo entre a geração do pacote e a entrega deve estar entre 200 e 300ms. Nas aplicações onde à informação é transmitida em um único sentido, a Norma G.114 do ITU-T coloca que o intervalo é de 150 e 400ms, mas deve ser avaliado o impacto na qualidade da transmissão, sendo que atraso superior a 400ms é inaceitável. [FERNANDES, 2003] 12 Atraso = Tempo de propagação + Tempo de transmissão + Tempo de codificação JITTER O Jitter é a variação do tempo entre a chegada de pacotes consecutivos. Diferentes tempos de propagação podem ser causados pelos datagramas terem tomados caminhos diferentes na rede, como também, terem sofrido congestionamento. Nas entradas dos equipamentos decodificadores, são usados buffers que armazenam em uma fila os pacotes que estão chegando, para poderem compensar maiores atrasos, sempre dentro de um limite determinado pelo tamanho do buffer. Figura 2-8 A Figura mostra a introdução de jitter em uma transmissão de voz TAXA DE PERDAS E ERROS Segundo Fernandes, a rede de telefonia IP, tem a transmissão em tempo real, não há como reenviar pacotes perdidos ou com erros para garantir uma boa qualidade na transmissão. Uma alternativa seria o uso de algoritmos Forward Error Correction (FEC), onde o mesmo pacote IP conteria vários quadros de voz implicando um uma redundância de quadro, sendo que só se aplica para codificação que geram pouco atraso, já que a formação de um pacote poderia tornar a solução inviável. [FERNANDES, 2003] QUALIDADE DE SERVIÇO (QOS) Quando se fala em garantia de Quality of Service (QoS) para aplicações de voz sobre IP, refere-se à garantia do meio de transmissão com banda suficiente para a transferência do sinal de voz, com um atraso e jitter mínimos. Para que seja possível, um conjunto de mecanismos são implementado junto ao protocolo IP, já que ele em sua concepção não foi desenvolvido com esta finalidade. 12 FERNANDES, Nelson Luiz Leal.Voz sobre Ip. 13 FERNANDES, Nelson Luiz Leal.Voz sobre Ip. 24

25 Diversas arquiteturas que provêm serviços diferenciados de Internet está sendo pesquisadas nos últimos anos. O Internet Engineering Task Force (IETF) aborda duas formas diferentes o Internet Integrated Services (IIS) e o Differentiated Services (DS). O IIS tem por característica o foco em um fluxo individual de pacotes entre os pontos de origem e destino. Nesta abordagem, cada fluxo pode requisitar diferentes níveis de serviço definindo a banda mínima necessária para a transmissão e o atraso máximo de tolerância. O IIS é composto por quatro componentes básicos: a) unidade de controle de admissão, que identifica se a rede pode suprir os níveis mínimos necessários b) unidade de classificação, que inspeciona os campos dos pacotes para determinar suas classes e o nível de serviço adotado c) unidade de schedule, que aplica um ou mais mecanismos de gerência de tráfego para garantir que o pacote seja transmitido à rede a tempo de satisfazer a banda e atrasos adequados ao tipo de fluxo d) o protocolo Resource Reservation Protocol (RSVP), que é o protocolo para reserva recursos. O RSVP está presente na maioria dos roteadores atuais. Um cliente RSVP pode reservar uma quantidade de banda necessária para prover o tráfego de modo que tenha um baixo atraso para os pacotes de voz. O RSVP é capaz de comunicar a reserva a outros roteadores RSVP. O cliente manda uma mensagem path indicando que quer reservar o recurso e o receptor da mensagem manda uma mensagem reservation-request pelo mesmo caminho que a mensagem passou, no entanto esta capacidade tem um impacto direto no desempenho dos roteadores, pois cada roteador tem que manter o estado do fluxo. Como roteadores transportam um número muito elevado de fluxo, o processamento desses estados acarreta na sobrecarga dos roteadores. Segundo Fernandes, o DS não tem o foco no tipo de fluxo, mas sim nas aplicações que utilizam os níveis de qualidade de serviço semelhante, ou seja, classificam-se os diferentes tipos de tráfegos para determinar que aplicações utilizarão, seguindo o seguinte grupo de classes: [FERNANDES, 2003] 14 a) Serviço Premium, para aplicações que necessitam de atrasos e jitter pequenos b) Serviço Garantido, para aplicações que necessitam um serviço melhor que o best-effort. c) Serviço Olímpico (subdividido em três subclasses: ouro, prata, bronze). O protocolo IP versão 4 (IPv4) implementa esta classificação através do campo Type of Sevice (ToS) do cabeçalho IP. Sendo que os três primeiros bits do campo são usados para identificar a importância do pacote: quanto maior o campo maior a prioridade do pacote. 14 FERNANDES, Nelson Luiz Leal.Voz sobre. 25